Investigación de Incendios de origen eléctrico
Cuando pensamos en los peligros de la electricidad usualmente pensamos en la electrocución o choque eléctrico, pero existe otro peligro, los incendios eléctricos. Se estima que son cientos de miles los incendios que anualmente se inician en los sistemas y aparatos eléctricos, en los hogares, factorías industriales, fábricas, edificios de oficinas, almacenes o grandes superficies. Miles de personas mueren cada año en el mundo en estos incendios, decenas de miles se lesionan y, a su vez, el daño a la propiedad es inmenso.
Física eléctrica.
La electricidad es un fenómeno: físico-químico, natural, que se manifiesta a través de un flujo de electrones. Cuando una carga se encuentra en reposo produce fuerzas sobre otras situadas en su entorno. Si la carga se desplaza produce también fuerzas denominadas electromagnéticas. Hay dos tipos de carga eléctrica, llamadas positiva y negativa.
La electricidad está presente en algunas partículas subatómicas. La partícula fundamental más ligera que lleva carga eléctrica es el electrón, que transporta una unidad de carga. Los átomos, en circunstancias normales, contienen electrones, y a menudo los que están más alejados del núcleo se desprenden con mucha facilidad. En algunas sustancias, como los metales, proliferan los electrones libres. De esta manera, un cuerpo queda cargado eléctricamente gracias a la reordenación de los electrones.
Un átomo normal tiene cantidades iguales de carga eléctrica positiva y negativa; por lo tanto, es eléctricamente neutro. La cantidad de carga eléctrica transportada por todos los electrones del átomo, que por convención es negativa, está equilibrada por la carga positiva, localizada en el núcleo. Si un cuerpo contiene un exceso de electrones quedará cargado negativamente. Por lo contrario, con la ausencia de electrones, un cuerpo queda cargado positivamente, debido a que hay más cargas eléctricas positivas en el núcleo.
La Ley de Ohm
La Ley de Ohm, llamada así en honor a su descubridor el físico alemán Georg Ohm es una de las leyes fundamentales de la física eléctrica La corriente fluye por un circuito eléctrico siguiendo varias leyes definidas. La cantidad de corriente que fluye por un circuito formado por resistencias puras es directamente proporcional a la fuerza electromotriz aplicada al circuito, e inversamente proporcional a la resistencia total del circuito. Esta ley suele expresarse mediante la fórmula I = V/R, siendo I la intensidad de corriente en amperios, V la fuerza electromotriz en voltios y R la resistencia en ohmios. La ley de Ohm se aplica a todos los circuitos eléctricos, tanto a los de corriente continua (CC) como a los de corriente alterna (CA), aunque para el análisis de circuitos complejos y circuitos de CA deben emplearse principios adicionales que incluyen inductancias y capacitancias.
Si analizamos la ley de Ohm vemos que si en un circuito realizamos un puente entre los extremos de la resistencia el valor de esta (desde el punto de vista del circuito) cae a cero mientras la intensidad tiende al infinito y según James Prescott Joule, descubridor del efecto que lleva su nombre, en un conductor por el que circula una corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los electrones se transforma en calor debido al choque que sufren con las moléculas del conductor por el que circulan, elevando la temperatura del mismo de manera directamente proporcional. Matemáticamente se expresa como:
Q= I2 x R x t
Según esta formula si la intensidad tiende al infinito la cantidad de calor tenderá igualmente al infinito.
En un nivel práctico el incremento de calor por efecto de la corriente cesará en el momento en que se produzca la rotura de los conductores o en su caso el disparo de los elementos de protección, tales como fusibles o interruptores automáticos magnetotérmicos. Estos elementos no siempre se encuentran presentes en todas las instalaciones especialmente en las antiguas, en otras ocasiones han sido manipulados o su nivel de protección no es el adecuado a la carga que han de soportar.
Es frecuente encontrar en muchas instalaciones que la carga que es capaz de soportar un conductor está muy por debajo del nivel de protección, por lo que en caso de sobrecarga podrían llegar a fundirse el conductor antes de que su protección actuase.
Las deficiencias más comunes que solemos encontrar en una instalación eléctrica y que pueden dar como resultado un incendio son:
Elementos de protección manipulados: Generalmente con objeto de aumentar la carga para la cual la instalación fue diseñada, se cambian los elementos de protección pero no así la línea por la que debe circular ese exceso de carga imprevisto.
Conexiones y empalmes flojos y defectuosos: Una conexión floja o defectuosa puede provocar la formación de pequeños arcos que van progresivamente deteriorando el material adyacente que puede llegar a pirolizarse perdiendo sus cualidades aislantes y provocando un incendio.
Cortocircuitos: Los cortocircuitos son sin duda la principal causa de los incendios de origen eléctrico, existen muchos tipos de cortocircuitos, los provocados por una derivación a tierra del conductor activo, por fallos de aislamiento a causa de sobre-tensiones, los producidos por fallos de aislamiento por envejecimiento de las instalaciones, monofásicos, bifásicos, trifásicos, en alta, media o baja tensión, en corriente continua o alterna, y así un largísimo etcétera en función de cada instalación y de los receptores conectados a la misma.
Lo que permanece invariable son las constantes de incremento de corriente y por consiguiente de calor.
Generalmente cuando pensamos en un cortocircuito pensamos en un chispazo, en un suceso que ocurre en unos milisegundos y que luego cesa, pero esto no es ni mucho menos así siempre, un fallo de aislamiento en un conductor puede provocar una corriente de fuga, este incremento de corriente puede no ser suficiente para provocar el disparo de la protección magnetotérmica o diferencial, e ir provocando el aumento paulatino de calor de los elementos envolventes hasta que estos alcanzan el punto de ignición, tal y como sucediera el 21 de noviembre de 1980 en el incendio del hotel MGM en la Ciudad de Las Vegas en Nevada, Estados Unidos, donde murieron 84 personas, más de seiscientos afectados y daños por valor de más de 50 millones de dólares. La Investigación de la NFPA determino que una pequeña corriente de fuga prolongada, provocó el calentamiento de unas maderas de balsa que formaban las paredes de un kiosco situado en el hall del hotel.
En los E.E.U.U. la legislación no exige el uso de interruptores automáticos diferenciales que detectan pequeñas corrientes de fuga. En España desde hace años este elemento es obligatorio siendo la corriente de disparo más habitual la de 10mA, 30mA y 300mA, dependiendo del uso a que se destine, recogido este uso en el Reglamento Electrotécnico de Baja Tensión. Desde hace años la reglamentación sobre instalaciones eléctricas es cada vez más estricta, exigiendo la incorporando de nuevos sistemas y materiales que minimizan o eliminan ciertos riesgos, como los cables con envolvente libre de halógenos, aparamenta con materiales clasificados como M0, mayor numero de circuitos independientes por instalación, aumento de las secciones de los conductores, etc.
Todas estas medidas antes citadas se van incorporando a las nuevas instalaciones, pero ¿qué ocurre con las instalaciones con mas de 30 o 40 años?. La respuesta es contundente, nada, ni la legislación ni las compañías eléctricas obligan a los usuarios a modernizar o acondicionar la instalación, mientras exista un contrato en vigor la compañía no obliga actualizar la instalación, solo en el caso de un alta nueva el usuario se verá en la obligación de que una empresa autorizada o en su caso una O.C.A. certifique que la instalación cumple la legislación en vigor en ese momento.
Esto nos puede dar una idea del numero de instalaciones eléctricas con un riesgo potencialmente alto que pueden existir en nuestro país. Los conductores eléctricos envejecen con el tiempo no solo con el uso, aumentando su resistencia al paso de la corriente y creando “zonas calientes”, las envolventes de los conductores así como las canalizaciones (si las hay) pierden su capacidad de aislamiento a causa de la humedad combinada con las sales que se forman al oxidarse el cobre, (sulfato de cobre) esto es especialmente significativo en zonas próximas al mar, la mayor parte de las instalaciones anteriores a 1975 carecen de interruptor automático diferencial, además de tener un solo elemento de protección para toda la instalación, que con suerte será automática magnetotérmica, siendo bastante común encontrar aún la caja de porcelana con los fusibles que generalmente habrán sido sustituidos por unos pocos hilos de cobre al criterio de usuario de turno.
El aislamiento más ampliamente utilizado desde hace un par de décadas es el policloruro de vinilo (P.V.C.) con ciertos elementos plastificantes que aportan flexibilidad al conjunto, el P.V.C. al calentarse o simplemente por el envejecimiento pierde esos plastificantes volviéndose duro y frágil, además durante los incendios se carboniza liberando cloruro de hidrógeno, que combinado con el agua se transforma en ácido clórico, muy corrosivo, Desde el año 2003 es obligatorio en España el uso de conductores libres de halógenos.
Fuegos de origen eléctrico: hasta hace pocos años existía una categoría para los fuegos que tenían su origen en la electricidad conocida como “Clase E” hoy día solo se hace mención al “fuego con riesgo de electrocución” en caso de que existan sólidos o líquidos ardiendo en presencia de electricidad. Este cambio se produjo al llegar a la conclusión de que la electricidad no arde, son los combustibles sólidos, líquidos o gaseosos los que arden, aunque la ignición se haya producido por efecto de la electricidad.
La ignición por una fuente eléctrica supone generar calor y temperatura suficientes para que empiece a arder el material adyacente. Ese calor puede provenir de arcos eléctricos, cortocircuitos, excesos de corriente, calentamiento de resistencias, fallos de termostatos, bombillas, cocinas, etc.
La presencia de energía eléctrica no es suficiente para asegurar la ignición hay que tener en cuenta la conservación de esa energía, la disipación y la potencia por unidad de superficie, así por ejemplo los 60 vatios de una lámpara concentrados en unos pocos centímetros de filamento pueden alcanzar los 2000ºC mientras que los 180 vatios de una manta eléctrica extendida apenas alcanzan unos 30ºC.
Durante la investigación, al considerar la posibilidad de un fuego de origen eléctrico, hay que valorar tanto la temperatura como el tiempo de exposición del material cercano, el tipo de combustible así como su geometría para estar seguros de que la fuente de calor, fue suficiente para generar vapores y que estos se inflamasen, Debe identificarse la huella o el método de transferencia de calor entre la fuente de calor y el primer combustible, si no se puede determinar este hecho hay que investigar otro origen.
La actividad eléctrica que puede causar incendios produce daños característicos que son reconocibles, la prueba de esta actividad eléctrica es muy útil para localizar el punto de origen, los daños pueden producirse en cables, aparamentas, terminales, contactos, etc.
Cuando un cable por el que circula una corriente se deriva a tierra por entrar en contacto con otro cable o algún elemento metálico, se produce un aumento brusco de la intensidad, una caída de tensión y casi siempre un arco eléctrico que puede alcanzar los 3000ºC. dependiendo del tipo de corriente, (alterna o continua) tensión, intensidad y duración del contacto.
La alta corriente que pasa suele provocar una fusión del metal en el punto de contacto, apareciendo una marca característica de forma redondeada, en ocasiones con gotas de metal fundido de aspecto poroso, la marca puede llegar a romper el cable dependiendo de su grosor y la intensidad del arco, si el arco provoca un incendio posterior este probablemente afecte a los conductores y a su aislamiento si lo tuviese, si el conductor fuese del tipo aislado habría que intentar determinar si se produjo y como un fallo de aislamiento y el posterior contacto, si el conductor es de tipo desnudo(solo habitual en alta tensión y en embarrados de cuadros de distribución en baja tensión) habrá que determinar solamente como se produjo el contacto.
Este punto debe quedar perfectamente claro para poder determinar que el fuego tuvo su origen en un cortocircuito, ya que puede presentarse y es habitual el caso contrario, un incendio carboniza el aislamiento provocando un cortocircuito al quedar la parte conductora expuesta, en estos casos y debido a la carbonización del aislamiento se producen múltiples contactos o arcos a lo lardo de varios centímetros, es habitual en estos casos también que los extremos del conductor y debido al aumento de corriente se fundan formando pequeñas bolitas en forma de perlas.
Los arcos en conductores desnudos, de baja tensión, son casi exclusivamente embarrados de distribución en cuadros generales utilizados generalmente en la industria y el comercio, cuadros generales de edificios, y en general cualquier instalación en la que se requieran cargas mucha potencia, la tensión nominal será generalmente de 400 V entre fases y 230V entre fases y neutro llegando a circular por ella desde algunos cientos a varios miles de amperios. Estas barras se disponen generalmente dentro de armarios metálicos sobre aisladores porcelánicos.
El fallo en este tipo de instalaciones viene dado generalmente por caída de elementos conductores sobre los embarrados (poco común) o lo que suele ser más habitual, fallos de aislamiento desde los embarrados hasta la carcasa del armario, (que debe estar conectada a tierra) a través de los aisladores por suciedad en estos. Las instalaciones mal mantenidas pueden acumular polvo en los aisladores que junto con la humedad, produce una derivación de las partes activas a tierra a través del aislador, las protecciones generales de los cuadros son bastantes insensibles a estas corrientes de fuga, las cuales irán deteriorando todas las partes por donde circule esa corriente pudiendo provocar un incendio.
